NGHIỆN CỨU QUY TRÌNH TỔNG HỢP DOXOPHYLLIN LÀM THUỐC ĐIỀU TRỊ HEN SUỲẼN VÀ COPD T rương Văn Đạt* (Thạc sĩ, Giảng viên Bộ mơn Hóa Hữu Cơ, Đại học Y Dược Tp HCM), Đậu Quỳnh Hương (Dược sĩ, Bộ mơn Hóa Dược, Đại học YDược Tp HCM) Hướng dẫn: PGS TS Trần Thành Đạo (Phó Trưởng Bọ mơn Hóa Dược, Trương Ban Quản /ý đảo tạo, Khoa Dược - Đ ạĩhọc Y Dược Tp, HCM) TÓM TẮT Đặt vấn đề mục tiêu nghiên cứu: Doxophyllin 7-(1,3-ơioxoỉan-2-yímethyi) theophyllin thuộc nhóm dẫn chất xanthin sư dụng làm thuốc giãn phe quản điều trị hen suyễn COPD Doxophyllin có tốc dụng tốt tảc dụng phụ so với theophyllin Nghiên cứu thực nhằm tìm nhiều phương pháp tổng hợp doxophyllin phù hợp với điều kiện Việt Nam, nâng cao hiệu suất phản ứng, chủ động nguồn nguyên liệu thuốc nước, giảm giá thành sản phẫrri Đối tượng, nguyên liệu phương pháp nghiên cứu: - Nguyên liệu: theophyllin, doxofyllin chuẩn (USP) hóa chất khac - Phương pháp: Doxophyllin tồng hợp 03 quy trình khác nhau, m ỗi quy trình tổi ưu hóa để tìm cấc thong sổ phản ưng cho hiệu suẩt cao Phương pháp gồm giai đoạn khởi đẩu từ theophyllin qua trung gian dyphỳllin, 7-acetaldehyd theophyllin sau doxophyllin Phương pháp giai đoạn, theóphỵllin phản ứng với 2-bromomethyl-1,3-dioxolan tạo thành sấn phẩm mong muốn doxophyllin Phương pháp gốm ]bước đ ĩ từ theophyllin qua trúng gian 7-(2,2-diethoxyeihyl) theophyllin 7acetaldehyd theophyllin sau doxophylìin Doxophylìín kiềm nghiệm bang TCCS đành già độ ổn định ỉrong điều kiện khắc nghiệt, lão hóa cấp tốc nghiên cứu độ ổn định dài hạn điều kiện bảo q u ả rĩ Kết : Dọxophyllin tổng họp từ m ỗi quy trình xác định cẩu trúc độ tinh khiết phương pháp: SKLM, đo điểm chảy, DSC, IR, MS, NMR so sánh với doxophyllin chuẩn (USP) Sau tối ưu ‘hóa, hiệu suất tồn phần tương ứng cho tưng quy trình là: 62%; 90,44% 81,85% Sản phẩm doxophyllin kiểm nghiệm đạt tiêu chuẩn sở Doxophyllin đạt độ on định thời gian nghiên cứu Két luận: Đã tổng hợp thành công doxophyllin theo 03 quy trình với hiệu suất cao, đạt độ ồn định Các qui trình nghiên cứu nâng cap cỡ lô lớn để phát triển thành qui trinh công nghệ sản xuất cịoxophyllin Việt Nam Từ kh óa : Doxophyllin SUMMARY SYN TH ESIS OF DO XO FYLLINE AS A NOVEL XANTHINE BRONCHODILATOR Van-Dat Truong*, Quynh-Huong Dau, Thanh-DaoTran Faculty of Pharmacy, University of Medicine and Pharmacy, Ho Chi Minh City, VietNam Background : Doxofylline (7-(1,3-dioxolan-2-ylmethyl) theophylline), a new methylxanthine derivative is wildly used in the treatment o f asthma and COPD It show to have similar efficacy with significantly less side effects in adults This study is aimed to find more approach to produce doxofylline in Vietnam with high yield so that to contribute to reduce the cost price Materials and method: - Materials: theophylline, doxofyiline RS (USP) and other chemicals - Method: doxofylline are synthesized by different procedures M ethod consists o f steps from theophylline via intermediate dyphylline and 7-acetaldehyd theophylline to obtain the final product Method has unique step, in which 2-bromomethyl-1,3-dioxolane is substituted on xanthine ring at position o f to obtain the final product The last one includes steps as the method but via intermediate 7-(2,2-diethoxyethyl)theophylline instead o f dyphylline Results: Structure and purity o f doxofylline was identified by melting point, DSC and spectroscopic methods (IR, MS NMR) The total yield o f each corresponding procedure is: 62%, 90.44% and 81.85% The quality o f final product meet the specifications o f doxofylline issued in the home specifications Conclusion: Doxofylline was synthesized from procedures with the yields rankings from respectively These could be further studied in more big scale to develop a suitable procedure for producing doxofylline in Viet Nam Keywords: Doxofylline ĐẶT VẮN Đ Ế V À MỤC TIÊU NGHIÊN c ứ u Doxophyllin có tên khoa học 7-(1,3-dioxolan-2ylmeỉhyl) theophỵilín thuộc nhộm đẫn chất xanthin sử dụng đế giãn phế quản đièu tri hen suyên bệnh tăc phối man tính (COPD) Doxophyllin ià dằn chấí hệ có nhiều ưu điểm tác động phụ so với theophyilin, sử dụng phổ biến châu Âu bẳí đầu có mặt nước ta vài năm gần đậy [3,4,6,8,16] Với mục tiêu tìm nhiêu phương pháp liệu thuốc nước, giảm giá thành sản phầm, nghiên cửu thực nhằm mục tiêu íối ưu hoa 03 quy trinh tổng hợp Doxophyilin từ theophyilin, xây dựng tiêu chuẩn kiểm nghiệm đánh giá độ ổn định doxophỵilin _ 2.1 Xây dựng tối ưu hóa quy trình tổng hợp: doxophyllin đữợc tổng hợp 03 quy trinh khac nhau, xác định cấu true sản phẩm phừơng pháp phổ hghiệm; quy trinh tối ưu hóa đe tim thông số phản ứng cho hiệu suat cao NGUYỀN LIỆỤ, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u N gun liệu: Theophiin, (USP) hóa chẩt khác doxotyllin chuẩn Phương pháp 1.9,11-13,15,17 Quv trình : quy trình bước h 3c Ẳ OH h J [ p // + Cl Y OH in h 3c + N aO H - L Ấ J CH3 h II ch + NaCI + HsO OH Q ĩ O ^S i ỵ— II } + N a l0 y —C CHO 1 } + H C H O + N a !0 + H 20 N CH3 Ổh H + H * -0 - 8O,H h ,c , nX J HO ch ^ II ỳ J Ọ + h 2o C r ^ N j^ J \ = / c h Phương pháp tối ưu hóa: tối ưu đa biến, đáp ứng hỗ írợ cùa phần mềm MODDLE 5.0 Q uv trinh 2: quy írình bước 0X VX > ch * » ^ v ch Phương pháp tối ưu hóa: tối ưu đa biến, đa đáp ứng (íối ưu hóa thơng minh) hỗ trợ phần mềm Design Expert 7.1.6 BCPharsoft Quv trinh : quy trình bước ,0CH2CH3 H,cW l ch * vBr - O cCH2C r M3 0X HX ch Ì O C H í C H3 -A < r CH0 CH3 CHs ỵ — CHO HO Phương pháp tối ưu hóa: kết hợp hai phương pháp tổi ưu hỏa cua quy trình 2.2 Xây dựng quy trình thực kiểm nghiệm thieo tiêu chuẩn c s (TCCSJ: thực kiem nghiệm ỉheo T C C S với tiêu tính chất, định tính (phồ IR, UV-Vis), ỉạp chất (phương pháp HPLC), giới hạn kim loại nặng, tro sulfat, khổi lượng làm khô định lượng (phương pháp HPLC) với chuẩn ià doxophyilin (USP) Kết thẩm định íại Viện kiểm nghiệm thuốc Tp Hồ Chí Minh 2.3 Đánh giá đọ ổn đĩnh doxophyllin: doxophyilin đánh giá độ ồn định bang phườncỊ pháp nghiên cứu phân hủy điều kiện khac nghiệt, nphỉen cứu độ ổn định phương pháp lão hỏa cap toe nghiên cứu độ ổn định dài hạn điều kiện bảị qn C ac chì tiêu đánh giá !à tính chất, tạp chấí liên quan hàm lượng.2,5,7,10, KẾT QUẢ Xác định cấu trúc sản phẩm Sản phẩm tổng hợp từ quy trỉnh xác định cấu trúc độ tinh khiết, kết qua sau: Nhiêt đố nóng chầv: điểm chảy đo phương pháp mao quản (144 °C), đo theo phương pháp phô quét nhiệí vi sai (sản phẩm doxophyiiin có độ tinh khiết 99,43% nhiệỉ độ nong chảy 144,37 °C) phù hợp với nhiệt độ nóng chảy doxophyllin (144-146 °C) Phế IR (KBr c n í!): cho dao động ứng với phổ IR tham khảo doxophyliin 2954,25 (oCh3-n); 2877,40 (UCH3-N); 1700,61 ( io o ) ; 1657,54 (Oc-c); 1546,82 (oc=n) 1232,76 (uc-o) Phổ MS: m/z [M+Naf - 289,0929, phù hợp với khối lượng phân íử dự kiến dịxophyilìin 266,0929 Phổ 1H-NMR (DMSO-đg 500 MHz, ô ppm): 3,20 (s, 3H, N-CH3); 3,41 (s, 3H, N-CH3); 3,79-3,87 (/77, 2H, 0-C H 2-CH2-0 ); 4,41 (ơ, J = 4,0 Hz, 2H, N-CH2-CH); 5,19 (?, J = 4,0 Hz, 1H, N-CH2-CH); 7,99 (s, 1H, N=CH- N) Phổ 13C-NMR (DMSO-dg 125 MHz ppm): 27,45 (N-CHs); 29,35 (N-CH3); 64,52 (0 -C H 2-C H 2-0); 47,58 (N-CHrCH); 100,60 (N-CH rCH ); 143,02 (N=CH-N); 106,15 (C-C-N); 147,98 (N-C-N); 154,43 (CH3-N-C-C); 150,89 (CH 3-N -C-N -CH 3) So sánh số liệu với tài liệu tham khảo phổ doxophyilín chuẩn (USP) cho thấy sản phẩm !à doxophyjlin Kết tối ưu hóa quy trình tổng hợp: thực tối ưu hóa quy mô g nâng cap len cỡ lơ 100 g ngun liệu theophlin Quv trình 1: Bước 1: kết tối ưu 15 thí nghiệm với yếu tố Xi.»3 đáp ứng y sau ô T l mol theophyllin: NaOH = 1:1,454 ã Nhiệt độ 89,19 °Ĩ • Thời gian: 86,16 phút • Hiệu suất trung bình: 78,67% Bước 2: kết khảo sát Sơ mà không cần tối ưu, thơng số tối ưu sau • • Tỷ iệ mol dyphyliin : N a i0 = :1,2 Thời gian: 10 phút • Nhiệt độ : 35 °c • Hiệu suất truncj bình: 92,81% Bước 3: kết toi ưu cùa 15 thí nghiệm với yếu tố x^ đáp ưng y sau • Tỷ lệ mo! ethylen glycol acetaldeỉíyd = 6,22 : • Thời gian: 128 phút » Nhiệt độ: 108 °Ị • Hiệu suất trung bình: 84,92% theophylin-7- Hiệu suất tồn phần quy trình 62% Quv trinh 2: kết tối ưu cùa 20 thí nghiệm với yếu tố Xi^4 đáp ứng y-i-^như sau ® Tỷ lệ mol 2-bromomethyl-1l3-dioxoiane : theophyiíin = 1,32 : • Nhiệt độ: 134 °c » • ® Thời gian: Tỷ lệ mol Na2C : theophyllìn = 0,658 :1 Hiệu suấỉ sản phẩm doxophyllin thô: 102,543% ® Độ tinh khiết sản phẩm doxophyliin thơ: 96,496% Hiệu suất tồn phần quy trình /ả 90,44% Quv trinh 3: Bước 1: • Sử dụng kết tối ưu hóa bước quy trình 2, nhiên, phản ứng xảy nhanh (4 giờ) • Hiệu suất trung bình: 96,23% Bước 2: phản ứng xảy gần hồn íồn • Tác nhân: HC110% ® Thời gian: 1,5 Nhiệt độ: 60 °c Bước 3: • Sử dụng kết tối ưu hóa bước quy trinh • Hiệu suất trung bình: 85,06% Hiệu suất tồn phần quy trình 81,85% Ket nâng cấp lến cỡ lô 100 g nguyên liệu theophyllin phù hợp với kết sau toi ưu hỏa Kết xây dựng quy trình thực kiểm nghiệm theo tỉêu chuẩn sở Nội dunq Tính chất Định tính Kết Dạng tính màu trâng, tan nước, ethanol, methanol, ethyl acetat, diclomethan cioroform ~ Phổ hồng ngoại (!R): phổ IR doxophyllin có dao động đặc trưng theo cấu trúc hóa học đoxophyllin 2877,40 2954,25 (UCH3-N); 1657,54 (uc=c); 1700,61 (uc=o); 1546,82 (uc=n); 1232,76 (óoo) - Phổ íử ngoại khả kiến (UV-Vis): phổ UV-Vis mẫu thử có đỉnh hấp thu cực đại bước sóng 273 nm Nhận xét Đúng Đúng Tạp chất Giới hạn kim ioạỉ nặng Trosulfat Mât khối lượng làm khô Định lượng - Trên sắc ký đồ mẫu (b): Rs pic theophyllin doxophyliin 9,6 - Trên sắc ký đồ mẫu thử: khơng có pic có thời gian lưu tương ứng với pic theophyllin pic khác pic doxophyilin < 20 ppm Đạt < 0,2 % < 0,5 % Đat (0,12%) Đạt (0,14%) Hám lượng ơoxophyỉìĩn từ 98 đến 102 % tính chê Dhầm khan : _UỈA ÍL.Ẳ ■ / 11 V Đạt Đạt (100,7%) nghiệm kèm theo) Kết đánh giá độ ổn đình doxophyllin ! _»1_ í £ _ 1_ i L A Điêu kiện NaOH 0,1 M H20 3% Đèn uv 65 °c 65°c RH = 75% í.f _ Ặ _ l.‘ M Thời gian iưu cảc pic sằc ký đồ 7,25 2,66 7,31 1,37 1,48 3,39 7,28 1,56 7,30 7,33 7,33 Mâu chuán HCI 0,1 M r-N í I ! í 7,33 I I - ' " ' T - t i • ' V Hàm lượng doxophyllin % doxophyllin bị phân hủy iại (mq/ml) 0,500 0,198 60,4 0,04 92,0 0,430 14,0 0,500 0,500 0 0,500 T '" Nghiên cứu độ ổn định phương pháp lão hóa cếp tốc: két thực trẽn 03 lơ Lơ Chỉ tiêu Tính chất Tạp chất liên quan Hàm lương (%) kễt iuặri -T À , , Lơ LƠ Lô Lô Lô Lô Lô Lơ Lơ Lõ Lơ LƠ Đat Đạt Đat Đat Đạt Đat 100,62 100,79 100,67 Đat Đai Đaí Đat Đạt Đat Đạt Đat Đat 100,61 100,91 100,14 Đat Đat Đat Thời qian khảo sát (thánq) Đạt Đat Đat Đạt Đat Đạt Đat Đat Đat Đat Đạt Đat Đat Đat Đat Đaí Đạt Đat 100,56 99,96 100,23 99,56 99,82 100,37 100,79 100,77 99,71 Đat Đat Đạt Đạt Đat Đat Đat Đat Đat Đat Đat Đat Đat Đat Đat 100,45 100,63 99,66 Đat Đat Đat Đaí Đaí Đat Đat Đat Đạt 100,34 99,89 99,93 Đat Đạt Đat thấy hàm lirợng lơ íhời gian tháng khác khơng ý nghĩa (x2 = 0,010 < x20,05 = 12,592 p = 0,586 >= 0,05) Vậy, doxophyliin ổn định thời gian tháng điều kiện 40 ± °c độ ẩm tương đổi 75 ± 5% Nghiên cửu độ ổn định dải hạn điều kiện bảo quản: két thực trẽn 03 lố Chỉíiêu Tính chấí Tạp chét Hên quan Hàm lương (%) Kêí luân Lô Lô Lô Lô Lô Lô Lô Lô Lô Lô Lô Lô Lô Đat Đạt Đat Đat Đat Đạt 100,67 100,62 100,79 Đat Đạt Đạí Thời gian khảo sát (thổnq) Đạí Đat Đat Đat Đạí Đat Đạt Đat Đạt Đaí Đat Đạt 99,87 99,63 100,95 99,68 100,19 100,66 Đat Đat Đạt Đat Đạt Đạt Tiến hành phân tích phương sai hai yếu tố có lặp hàm lượng doxophyllin lô thời gian tháng cho thấy hàm ỉượng lô thời gian tháng khác không ý nghĩa (v2 = 0,002 < x20 05 = 5,991 p = 0,306 >= 0,05) Vậy, doxophyliin đạt độ ổn định thời gian khảo sát Can tiếp tục theo dõi đề xác đinh tuồi íhọ doxophyllin điều kiện bảo quản thực BÀN LUẬN So sánh 03 quy trình sau Nội dunq Hiệu suất tồn phằn Độ tinh khiêt Thời gian phản ứng toàn phần Phương pháp tối ưu hóa Khác Quv trình 62% > 99% bước, tòng thời gian phản ứng khoẳnq 3,7 qiơ Phương pháp co điến (đa yếu tố, đáp ứng), với trợ giúp phan mem MODDLE 5.0 Quv trình 90,44% > 99% bước, íơng thời gian phản ứng khoảng qiờ Phương pháp thông minh (đa yếu tố, đa đáp ứng)7với trợ giúp phần mem Design Expert 7.1.6 BCPharsofi ~ Giá thành nguyên liệu rẻ - Gỉá thành nguyên iiệu 2- _ - Sản phẩm trung gian bromomethy!-1,3-dioxoian đắt dyphyliin có chuyên luận (100g = 344 SGD) USP35, có tác dụnj3 giãn phế quản, tiêu chuẩn dê kiểm sốt Quy trình 81,85% > 99% bước, tông thời gian phản ứng khoảnq 676 qiờ Kêt hợp hai phương pháp tối ưu hóa - Giá thành nguyên liệu bromoacetaldehyd dỉethyl acetal (2,2-dietoxyethyl bromid) rẻ (ioog = 54 SGD), có thê tổng hợp từ vinvl acetat Xéỉ tính khả thi quy mơ cơng nghiệp, quy trình sử dụng để nâng cấp lên cỡ iô cao Tuy nhiên, íùy điều kiện mục đích mà co thể chọn quy trinh cho phù hợp K ẾT LUẬN V À KIẾN NGHỊ Như vậy, nghiên cứu tổng hợp íhành cơng doxophyllin cỏ hiệu suất khác quy trình có ưu điểm nhược điểm Sản phẩm cấu trúc so vởj doxophlin chuẩn, có độ tỉnh khiết cao đạt tiêu chuẩn sở Doxophyllin tổng hợp với hiệu suất cao patent công bố trước hồn tồn có ìhể triển khai điều kiện Việỉ Nam với quy mơ iớn Ngồi ra, cơng írlnh áp dụng phương pháp tốí ưu hóa thơng minh quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa quy trinh tổng hợp Kết đánh giá độ ổn định cho thấy doxophyllin đạt độ ổn định íhời gian khảo sát Trong thơi gian tới, cần nâng cấp cỡ lô quy trinh tổng hợp doxophyllin quy mô 500 g ngun líẹu theophlin cỡ iơ cao để đánh gia hiệu quy trình, đồng thời tiến hành tiếp tục đánh giá độ ổn định điều kiện bảo quản íhực, nghiên cứu độc íính cấp, độc tính bán trường diễn doxophyllin, từ đó, tiến hành bào chế thành dạng thuốc phù hợp (viên nén, thuốc tiêm, siro, ) TÀI LIỆU THAM KHẢO Ị Asian YC (2006), “Application of Box - Behnken design and response surface methodology for modeling of some Turkish coas”, Elsivier Inc., 86, pp.912 Akhilesh Gupta e t al (2011), "An Analytical Approach of Doxofylline: A Review", Asian J Pharm Ana., 1(4), pp 67-70 David B Ishay (1956), 7-(2:3-dihydroxypropyl) Theophyline, J Chem S o c 3975 Furukawa CT, Shapiro GG, Pierson WE, Bierman c w (1983), “Dyphylline versus theophylline: a double-biind comparative evaluation”, Journal o f clinical pharmacology, 23, pp.414-422 ÍCH (2003), “Q1A(R2) stability Testing of New Drug Substances and Products”, pp 1-22 Jean Bousquet and Nikolai Khaltaev (2007), Global surveillance, prevention and control o f Chronic Respiratory Diseases: a comprehensive approach, WHO, pp 15-21 Jens T Carstensen (2005), Drug stability principles and practices, Wilmington, North Carolina, pp 329-384 ' Jhuma Sankar, Rakesh Lodha, s K Kabra (2008), "Doxofyiiine: The Next Generation Methylxanthine", Indian Journal o f Pediatrics, 75(3), 59 Kim H Esbensen (2004), Multivariate Data Analysis - In Practice 5th Edition: An Introduction to Multivariate Data Analysis and Experimental Design, CAMO Software Inc., pp 20-147 10 Namdeo G Shinde et al (2013), “Pharmaceutical Forced Degradation Studies with Regulatory Consideration” , Asian J Pharm Ana., 3(4), pp 178-188 11 Patent CN1106404 A (1995), “Synthetic process of, new drug dosotheophyiline” 12 Patent CN 102936248 A (2012), “Method for preparing doxofyiiine” 13 Patent CN 1041728 c (1999), “Synthesis of doxofyliine” 14 Ranjit Singh et (2012), “Current trends in forced degradation study for pharmaceutical product development”, J Pharm Educ Res., 3(1), pp 54-63 15 Stat-Ease, Inc., Design expert 7.1.6 16 Shukla D, Chakraborty s , Singh s , Mishra B (2009), "Doxofylline: a promising methylxanthine derivative for the treatment of asthma and Chronic Obstructive Pulmonary disease”, Opin Pharmacothe.r, 10(14), pp.2343-2399 17 The United States Pharmacopoeial Convention (2012), USP35, pp 14 1,14 , 15 1, 317, 2999 ... doxophỵilin _ 2.1 Xây dựng tối ưu hóa quy trình tổng hợp: doxophyllin đữợc tổng hợp 03 quy trinh khac nhau, xác định cấu true sản phẩm phừơng pháp phổ hghiệm; quy trinh tối ưu hóa đe tim thông số... nghiên cứu tổng hợp íhành công doxophyllin cỏ hiệu suất khác quy trình có ưu điểm nhược điểm Sản phẩm cấu trúc so vởj doxophlin chuẩn, có độ tỉnh khiết cao đạt tiêu chuẩn sở Doxophyllin tổng hợp. .. cỡ lô quy trinh tổng hợp doxophyllin quy mơ 500 g ngun líẹu theophlin cỡ iô cao để đánh gia hiệu quy trình, đồng thời tiến hành tiếp tục đánh giá độ ổn định điều kiện bảo quản íhực, nghiên cứu